CN105621539A - 一种多功能流水式电解设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能流水式电解设备，该电解设备是由多功能流水式电解槽、被处理液供液装置、电解质液供液装置、被处理液回流装置、电解质液回流装置、被处理液储存装置、电解质液储存装置、气体排放和回收装置、传感器液面控制装置、电源装置、供电控制装置、电极切换装置和电解设备控制装置组成。本发明多功能流水式电解设备具有很高的液体处理能力，在不同的条件下，可自由选择第一液和第二液、处理膜的种类、外侧电极和内侧电极的极性、极性瞬间切换的有无、处理时间的长短等，实现一机多用，对多种多样的溶液进行处理，完成高浓缩强酸性机能水或高浓缩强碱性机能水的生产、液体的无害化处理、脱盐处理等。

Description

一种多功能流水式电解设备

技术领域

本发明涉及电解设备，尤其涉及一种多功能流水式电解设备。

背景技术

传统的电解槽需要面积较大的电解面才能达到电解要求，为使水流与电解板和处理膜充分接触，入水量受到一定量的限制，同时出水口形成滞留域而造成出水困难。由于电极面的大型化、电极表面的白金镀膜等，使点解设备成本较大，电极装置的小型化受到限制。上述原因导致传统点解设备电解效果不理想。传统电解槽一般被用于电解水生成设备的制造上，而多功能电解槽在高浓缩强酸性机能水或高浓缩强碱性机能水的生产、液体的无害化处理、脱盐处理等应用上，可实现一机多用，这一技术在我国尚属空白。

发明内容

本发明提出一种多功能流水式电解设备的制造方法，电解设备是由多功能流水式电解槽、被处理液供液装置、电解质液供液装置、被处理液回流装置、电解质液回流装置、被处理液储存装置、电解质液储存装置、气体排放和回收装置、传感器液面控制装置、电源装置、供电控制装置、电极切换装置和电解设备控制装置组成。

所述电解槽是由外槽、附有复数电极的板状外侧电极、附有复数电极的板状内侧电极、内槽、隔断板、第一孔和第二孔组成。

所述电解槽第一孔为被处理液第一液入口，设置有第一供液装置；电解槽内槽的内部设有电解质液的第二液供给口，设置有第二供液装置。

所述电解槽内侧电极和外侧电极与供电控制设备连接，供电控制设备可控制电流和电压的稳定数值，防止过剩电流和电压的发生。

所述电极切换装置可切换电极极性。

所述第一供液装置的配套装置包括：第一储液罐、连接于第一口或第二口的第一输送管、输送被处理第一液的第一泵、连接于第一口或第二口的第一回流管。

所述第二供液装置的配套装置包括：第二储液罐、连接于内槽和第二储液罐的第二输送管、输送第二液的第二泵、连接于内槽和第二储液罐的第二回流管。

所述第二储液罐、第二输送管和第二泵设置在电解槽的下端，第二输送管的电解槽端口设置在内槽处理膜的下端。

所述内槽内设置液面控制管，使第二液自动达到规定液面，液面控制管连接于第二回流管。

本发明具有很高的液体处理能力，在不同的条件下，可自由选择第一液和第二液、处理膜的种类、外侧电极和内侧电极的极性、极性瞬间切换的有无、处理时间的长短等，实现对多种多样的溶液进行处理。

本发明电解设备可生产出应用于工业、农业、养殖、医疗等不同领域的强酸性或强碱性机能水，此外，本发明装置可利用海水资源等生产出资源气体，如氢气、氧气、氯气等，此外，本发明电解设备具有中和强酸或强碱性液体的功能，可净化各种液体，如重金属污染液、还原废油等，此外还可应用于硬水软化等方面。

附图说明

图1是电解设备构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步说明本发明的技术方案。

本发明多功能流水式电解设备构造示意图如图1所示。电解设备1主要由多功能流水式电解槽2、第一供液装置51、第二供液装置61、排出装置71、补给装置77、供电控制装置81、切换器84和控制装置86组成。

第一供液装置51设置在低于电解槽的位置(如电解槽2的下端)，第一供液装置51是由第一储液罐52、第一送液管53、第一泵54、第一回流管55和第一开关56组成。

第一储液罐52内装有一定量的被处理第一液A，被处理第一液A可为硬水、软水、重金属污染液、海水、湖水、沼泽水、工业或食用废油、酸性液体、碱性液体、细菌污染液等。

第一送液管53的一端连接于第一储液罐52，另一端连接于电解槽2的第一入口48。第一送液管53的接口设计为第一入口48和第二入口49均可连接使用的模式。

第一泵54为电动泵，配置与第一送液管53，第一泵54启动时，通过第一送液管53将被处理第一液A输入外槽11的内部。

第一回流管55两端分别连接于第一储液罐52和电解槽2的第二入口49，第一回流管55在第一储液罐52的内部入口在第一液A的液面之上。第一回流管55的接口设计为第二入口49和第一入口48均可连接使用的模式。第一回流管55与第二入口49连接时，第二入口49作为出口使用。同样，第一回流管55与第入一口48连接时，第入一口48作为出口使用。

第一回流管55设置有第一开关56，第一开关56控制第一回流管55的启动和关闭。

第一储液罐52上端连接有气体第一导管57的一端和第一排气管58的一端，气体第一导管57另一端连接于流路G的上端，把流路G内部产生的气体导入第一储液罐52，再经第一排气管58导入第一气体处理装置。

气体第一导管57也可不经过第一储液罐52直接进入第一气体处理装置，第一气体处理装置可设计成气体无害化处理或资源回收处理形式。

第二供液装置61设置在低于电解槽的位置(如电解槽2的下端)，第二供液装置61是由第二储液罐62、第二送液管63、第二泵64、第二回流管65和第二开关66组成。

第二储液罐62的内容为定量的电解质第二液B，第二液B可为含盐的各种液体、软水、酸性电解液、碱性电解液或海水等。

第二送液管63的一端连接于第二储液罐62，另一端连接于电解槽2上端的第二液入口32，使第二储液罐62与电解槽2的内槽22相互连通。第二泵64为电动泵，配置与第二送液管63，第二泵64启动时，通过第二送液管63将第二液B输送到内槽22之内。

第二回流管65的一端与第二储液罐62连接，另一端连接于电解槽2液面控制器33的下端，使第二储液罐62与电解槽2的内槽22相互连通。第二回流管65在第二储液罐62的入口在第二液B的液面之上。第二回流管65配置有第二开关66，第二开关66可以控制第二回流管65的启动和关闭。

第二储液罐62上端连接有气体第二导管67和第二排气管68，气体第二导管67的另一端连接于上盖28，与内槽22相通，把内槽22产生的气体导入第二储液罐62，再经第二排气管68导入第二气体处理装置。

气体第二导管67也可不经过第二储液罐62直接进入第二气体处理装置，第二气体处理装置可设计成气体无害化处理或资源回收处理形式。

排出装置71是将第一储液罐52内部的液体向外排出的装置，是由排出管72、第三泵73、第一传感器74和第二传感器75组成。

排出管72连接于第一储液罐52，第三泵73为电动泵，配置与排出管72，第一传感器74和第二传感器75用于监测第一储液罐52内第一液A的液面高度，第一传感器74和第二传感器75呈上下配置。

第一储液罐52内第一液A的液面高于第一传感器74时，信号传输给第三泵73，第三泵73自动启动。第一储液罐52内第一液A的液面低于第二传感器75时，信号传输给第三泵73，第三泵73自动停止。

补给装置77是第一储液罐52的液体补给装置，补给装置77由补给管78连接于第一储液罐52，补给管78配置有补给阀79.

供电控制器81将电源装置82的供电系数进行调节，调节后供给外侧电极16和内侧电极25，供电控制器81与电解端16a和电极端25a进行连接，使用绝缘被膜电线进行连接处理。

各外侧电极16a使用绝缘被膜电线相互串连连接后再与供电控制器81连接，同样各内侧电极25a使用绝缘被膜电线相互串连连接后再与供电控制器81连接。

供电控制器81设有电流、电压自动控制装置，如电流超过所设定值，电压自动下降，使各电极保持稳定的电流值，同样，电压超过所设定值，电流自动下降，使各电极保持稳定的电压值。供电控制器81的电流和电压同时超过所设定值时，电源自动关闭。

电源装置82输出电流为直流电，电源装置82配置有交流电转换直流电装置，可与直流发电装置(如太阳能发电装置)配合使用。电源装置82的最高输出电压约为15伏特。

切换器84配置与供电控制器81和电解槽2的线路之间，切换器84可切换外侧电极16和内侧电极25的电极极性。

切换器84可设计为手动或自动模式，切换器84可在在点解设备1工作状态下持续维持外侧电极16和内侧电极25的电解极性，也可点解设备1工作状态下瞬间或定时切换外侧电极16和内侧电极25的电解极性。

控制器86可根据操作菜单控制点解设备1的全部运行过程，控制器86与第一开关56、第二开关66、第一传感器74和第二传感器75通过导线相互连接，得到各部位的信息。此外，控制器86与第一泵54、第二泵64、第三泵73、补给泵79和切换器84通过导线相互连接，进行远隔控制。

以下就电解设备1的工作过程进行说明。

首先启动控制器86，控制器86启动第二供液装置61的第二泵64，将第二储存罐62内含有电解质的第二液B输送到电解槽2的内槽22之内，内槽22注入的第二液B超过液面控制管33的上端时，液面控制管33管内将超过液面的第二液B通过第二回流管65流回第二储存罐内62。

以液面控制管33设定第二液B的规定液面，到关闭第二泵64为止，第二液B持续进行循环。

第二液B通过第二回流管65回流时，第二开关66得到信息，第二开关66将得到的信息传递给控制器86，控制器86启动第一供液装置51的第一泵54，将第一储液罐52的第一液A(处理对象液)输送到电解槽2的第一空48，第一液A进入整流室G1，第一液A从G1流向G2，再从第二空49流出，第一液A通过第一回流管55返回第一储液罐52。

至第一泵54停止为止，第一液A按前述流路进行循环，电解槽2内的第一液A呈U字形流动。

第一液A在第一回流管55中流动时，第一开关56得到信息，第一开关56将得到的信息传递给控制器86，控制器86启动第一供液装置51的供电控制器81，供电控制器81分别以不同极性向外侧电极16和内侧电极25供电。

根据被处理第一液A的种类，选择不同的处理膜23、选择不同的内外各电极的极性、选择不同第二液B，在外侧电极16和内侧电极25之间的处理膜23进行电解、电解透析或两者同时进行。第一液A被处理目的可为污水净化、机能水生成、脱盐处理等。

控制器86配备有定时装置，供电控制器81启动时，定时装置也同时启动，定时装置在控制装置86指令第三泵73启动后开始定时。

定时装置如超过定时时间，定时装置会自动关闭，定时装置自动关闭后，控制装置86将排出装置71的第三泵73启动，第三泵73启动后将第一储液罐52的液体通过排出管72排出。

第一储液罐52的液体通过排出管72排出后，第一储液罐52内的第一液A的液面下降，液面到达第二传感器75时，信息传递给控制器86，控制器86指令第三泵73关闭。

第三泵73的工作停止后，控制器86指令补给装置77的补给泵79启动，通过补给管78将新的被处理对象液第一液A补充到第一储液罐52之内。被处理对象液第一液A的液面上升到第一传感器74时，控制器86指令补给泵79关闭。

控制器86的定时器到达规定时间时，控制器86的定时开关关闭，点解设备1停止工作，也就是说控制器86关闭供电装置81的同时，关闭第一泵54、第二泵64、第三泵73、补给泵79。

电源关闭后，电解槽2流路G内的第一液A，通过较第二孔49位置低的第一空48由第一输送管53将第一液A返回第一储存罐52。内槽22内的第二液B，以虹吸原理通过第二输送管63返回第二储存罐62。

电源关闭后第一液A和第二液B全部返回，操作结束后的电解槽2内几乎无残留液体，提高外侧电极16、内侧电极25和处理膜23的使用寿命。

第二输送管63的第二液入口32，也可设置在内槽22内部、处理膜23的下端，使内槽22内的残留液体不会接触到处理膜，起到保护处理膜的目的。

第一液A在电解槽2内呈U型单方流动，也就是说从第一空48流向第二孔49，由于液流呈弧形流动，很难产生液体乱流和合流现象。

由于第一液A不会产生乱流和合流现象，尽可能增大了第一液A的电解接触面积，使电解效率增加。使用本发明方法制造的电解槽，虽然小型，但是电解接触面积较大，因此，可减少电解设备的重量和体积。由于内外侧电极的小型化，大大降低因白金镀膜而增加的成本。

流路G形成的整流室G1或G2，由于其空间断面面积大于外侧电极和处理膜之间的空间断面面积，整流室G1将第一液A稳定后在进入流路，整流室G2将被处理过的液体稳定排出，因此不会产生流路内液体乱流和合流现象。

将第二供液装置61的第二回流管65连接于内槽22内设置的第二液B过盛回流管33，使内槽22内的第二液B通过第二液B过盛回流管33的调节，使第二液B始终保持到规定的液面，使液面调节简单化，也使电解槽2的构成简单化。

第一输送管53可与第一孔48或第二孔49的任何一方连接，同样，第二回流管55可与第二空49或第一口48的任何一方连接，这样的组成，可使前述第一液A的流向呈相反方向流动。

流路方向的变更，液流还是呈弧形流动，不会产生乱流和合流现象。

电解槽2的流路G(外侧电极16和处理膜23间的流路)呈多角形流路，多角形流路结构，增加对第一液A的抵抗力，增加了第一液A与外侧电极16和处理膜23的接触时间，从而增加电解槽2的处理效率。

第一孔48和第二孔49设置在不同的高度，如第一液A从第一空48向第二孔49流动时，流动液面逐渐升高的同时，液体呈U字形流动，这种构造除抑制第一液A滞留域的发生之外，也增加了第一液A与外侧电极16和处理膜23的接触时间，

连接于内外侧电极的供电控制装置81设置有过电流、过电压防止装置。当第二液B的电解质浓度下降时，第二液B的电流流动困难，此时供电控制装置81自动给电极增加电压。处理膜23为离子交换膜时，为保证离子交换时的电流流动，相对应的电压下降时，电流可上升到相对应电流的最大值。因此，为防止过电压和过电流的发生，供电控制装置81可自动控制电极的供电值。

由于外侧电极16和内侧电极25之间无过剩电流发生，防止了过剩电流对电解槽的损害，降低电解槽内部热量的产生而节约了电能。自动供电控制的设置，可使电极的供电值达到最理想状态，大大延长了设备的使用寿命。

点解设备1设置的切换器84，可自由切换电极的极性，不同的电极切换方法，使点解设备1的使用多样化。

点解设备1在工作状态下，切换器84可手动或自动切换电极。点解设备1在工作状态下，采用瞬间切换内外电极极性后再度恢复原电极极性的工作方式，可分解第一液A中的分子。第一液A中存在有各种形式结合的分子，如离子结合分子、共有结合分子、金属结合分子等多种形式，由于这些结合方式非常牢固，内外电极的电解很难将其电解分离，采用上述瞬间切换内外电极极性后再度恢复原电极极性的工作方式，使上述结合分子的分解成为可能，使被电解物质离子化。

第一液A使用上述电极切换的电解方式，被电解物质离子化后，离子化物质通过电解或电解透析，向外侧电极16或内侧电极25移动，电解槽上述的工作方式，更加提高了电解槽2的处理性能。试验例见后。

第一液A从第一储液罐52经过第一泵54进入电解槽2的流路G后，再返回第一储液罐52，经反复电解和电解透析后，被处理第一液A的浓度提高。

第二液B从第二储液罐62经过第二泵64进入电解槽2的内槽22后，再返回第二储液罐62，经反复电解和电解透析后，由于内侧电极25的吸引(如金属离子)，使第二液B中的离子浓度提高。

点解设备1在电解过程中，电源装置82连接的阳极方会产生氧气，电源装置82连接的阴极方会产生氢气，电解设备1的电解效率较高，会产生大量的气体，如可产生大量的氢气。

如果内槽22第二液B的输入和回流的平衡被破坏时，可能会造成内槽22第二液B的满液状态，这种情况发生时，过盛第二液B可通过第二气体导管67返回第二储液罐62，不会造成第二液B从电解槽2外漏。第二气体导管67在排出气体的同时，与液面控制管33共同应对第二液B满液状态的发生。

上述构成的电解设备1，具有很高的液体处理能力，在不同的条件下，选择第一液和第二液、处理膜23的种类、外侧电极和内侧电极的极性、极性瞬间切换的有无、处理时间的长短等，可对多种多样的溶液进行处理。

本发明的试验结果见表1、表2。

表1、表2中附有极性切换文字的试验，是指切换器84瞬间切换内外电极极性的处理结果。表1、表2中附有一次、二次文字的试验，是指切换内外电极极性的处理结果。表1、表2中附有直接出水文字的试验，是指第二液B在内槽22内储流、无循环过程，第一液A在流路G内只流通一回的试验结果。表1、表2中附有循环文字的试验，是指第一液A和第二液B在同时循环条件下的试验结果。表1、表2中附有海水文字的试验，是指使用浓度未调整海水的试验结果。

首先以表1的试验1进行说明：第一液A为软水，第二液B为无调整海水，电源装置82的正极(阳极)连接于外侧电极16，电源装置82的负极(阴极)连接于内侧电极25，电解槽内的第一液A和第二液B处于循环状态，向内外电极供给必要的电流和电压时，产生下述化学反应。电极供电后，电解槽开始进行电解过程，阳极的外侧电极16和处理膜16间的流路G产生氧(O2)和氢离子(H+)，与此同时，阴极的内侧电极25和处理膜23间盐水产生氯离子(CI-)，氯离子(CI-)经电解透析作用，通过处理膜23向流路G内移动后，CI元素相互反应成为氯气(CI2)，氯气(CI2)与流路G内的水产生反应生成次氯酸(HCIO)或盐酸(HCI)，电解槽2第二孔49排出的是含有次氯酸的、杀菌能力很强的液体。生成的液体因含有高浓度的氢离子，呈pH值较低的强酸性，可生产出应用于医疗、食品行业的抗菌水。

本发明电解设备也可设计为复数的电解槽相互连接、第一液供给装置与各电解槽共用的构造方法。复数电解槽并用时，复数电解槽设为上下配置，第一供液装置以导管输入上端电解槽的流路G，上端电解槽第一液排出口连接于下端电解槽第一液输入口，第一输送管连接于上端电解槽第一液输入口，第一回流管连接于最下端电解槽的第一液排出口。复数电解槽并用时，各电解槽流路除直连连接方式以外，也可采用并联方式，采用并联方式时，第一输送管根据并用电解槽的数量进行分支，分别连接于电解槽的一方口。第一回流管也根据并用电解槽的数量进行分支，分别连接于电解槽的另一方口。根据上述连接管的不同连接方法，设置第二供液装置向电解槽的供液管和回流管的连接方法。

电解槽2组装的电解设备1对电镀废液无害化处理实验结果：

内外各电极板长宽各98mm、循环的第一液A的铜离子浓度75ppm、pH9.18的电镀废液5升、含20％氯化钾(KCI)的循环式第二液B、电解装置的电源电压15伏特、电解过程中3次切换电极极性，其结果如下：铜离子浓度75ppm、pH9.18的电镀废液经电解透析后，pH值达到12.5时，第一回切换电极极性。切换电极极性后，经电解透析，电镀废液pH值下降到9.0，此时的铜离子浓度下降到0.1ppm。电镀废液pH值下降到9.0时，第二次切换电极极性，经电解透析，电镀废液pH值达到12.5，此时的铜离子浓度下降到0.00ppm。电镀废液pH值达到12.5时，第三次切换电极极性，电镀废液pH值下降到9.0，铜离子浓度为0.00ppm。

电解槽2组装的电解装置1生成的高浓缩强酸性机能水实验结果：

内外各电极板长宽各98mm，外侧电极为正极，内侧电极为负极，循环的第一液A为60ppm以下的软水15升，含0.1％精盐(NaCI)的循环的第二液B，电解装置的电源电压8伏特、电流28A，电解装置完全起动循环5分钟后，第一液A的性质为pH1.6、ORP(氧化还原电位)1170mV、残留氯浓度50mg/L、未分解食盐浓度0.01％以下的高浓缩强酸性机能水。

电解槽2组装的电解装置1生成的高浓缩强碱性机能水实验结果：

内外各电极板长宽各98mm，外侧电极为负极，内侧电极为正极，循环的第一液A为60ppm以下的软水15升，含0.15％碳酸钾(K2CO3)的循环的第二液B，电解装置的电源电压8伏特、电流28A，电解装置完全起动循环5分钟后，第一液A的性质为pH13.5、ORP(氧化还原电位)-980mV、残留氯浓度0mg/L、未分解食盐浓度0.00％的高浓缩强碱性机能水。

Claims (9)

1.一种多功能流水式电解设备，其特征在于，电解设备是由多功能流水式电解槽、被处理液供液装置、电解质液供液装置、被处理液回流装置、电解质液回流装置、被处理液储存装置、电解质液储存装置、气体排放和回收装置、传感器液面控制装置、电源装置、供电控制装置、电极切换装置和电解设备控制装置组成。

2.根据权利1中的多功能流水式电解设备，其特征在于，所含结构中多功能流水式电解槽是由外槽、附有复数电极的板状内侧电极、附有复数电极的板状外侧电极、内槽、隔断板、第一孔和第二孔组成。

3.根据权利1中的多功能流水式电解设备，其特征在于，所含结构中电极切换装置可切换电极极性。

4.根据权利1中的多功能流水式电解设备，其特征在于，所含结构中第一供液装置的配套装置包括：第一储液罐、连接于第一口或第二口的第一输送管、输送被处理第一液的第一泵、连接于第一口或第二口的第一回流管。

5.根据权利2中的多功能流水式电解设备，其特征在于，电解槽第一孔为被处理液第一液入口，设置有第一供液装置；电解槽内槽的内部设有电解质液的第二液供给口，设置有第二供液装置。

6.根据权利2中的多功能流水式电解设备，其特征在于，电解槽内侧电极和外侧电极与供电控制设备连接，供电控制设备可控制电流和电压的稳定数值，防止过剩电流和电压的发生。

7.根据权利2中的多功能流水式电解设备，其特征在于，电解槽内槽内设置液面控制管，使第二液自动达到规定液面，液面控制管连接于第二回流管。

8.根据权利4中的多功能流水式电解设备，其特征在于，第二储液罐、第二输送管和第二泵设置在电解槽的下端，第二输送管的电解槽端口设置在内槽处理膜的下端。

9.根据权利5中的多功能流水式电解设备，其特征在于，第二供液装置的配套装置包括：第二储液罐、连接于内槽和第二储液罐的第二输送管、输送第二液的第二泵、连接于内槽和第二储液罐的第二回流管。